微生物、植物、生物炭協同修復土壤重金屬污染

　　為了更好地治理重金屬金屬污染土壤，急需解決以下技術問題 ：

　　1.確定合適的耐性作物，其具有種植難度低、易于管理、適用于大面積污染土壤、生長迅速、生物量大的特點。

　　2. 克服耐性作物的重金屬吸收效率低下、重金屬修復元素單一、修復時間太長、存活率低的難題。

　　3. 避免重金屬污染土壤修復治理過程中改變和破壞土壤結構的情況。

　　本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種可回收形趨磁細菌微生物和種植難度低、耐受性強、不進入食物鏈的植物及能夠提高土壤肥力、改善土壤結構的生物炭聯合修復重金屬污染土壤的方法。

　　一、為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是 ：

　　一種微生物、植物、生物炭協同修復土壤重金屬污染的方法，包括以下步驟 ：

　　1) 將趨磁細菌液體培養基添加到重金屬污染的土壤中，接種趨磁細菌，翻耕重金屬污染土壤的表層厚 10~12cm 的土壤，使趨磁細菌培養基、趨磁細菌和重金屬污染土壤充分混合 ；

　　2) 培養 45~50 天，在重金屬污染土壤表層 3~5cm 厚的土壤里添加趨磁細菌培養基，并灌溉該土壤，使重金屬污染土壤保持淹水狀態，并在所述重金屬污染的土壤上面設置磁場，保持 29~34 天 ；

　　3) 收集步驟 2）所述重金屬污染土壤表層厚 4~6cm 的土壤 ；并用水淋洗收集的重金屬污染土壤，使趨磁細菌與重金屬污染土壤分離進入水溶液中，重復淋洗 2~4 次，填回 ；

　　4) 選擇禾本科植物種植在步驟 3）重金屬污染土壤中，禾本科植物包括玉米和 / 或小麥 ；

　　5) 當植物的植株開始抽穗時，及時拔除幼穗，當植株出現分蘗時，對分蘗的幼穗同時拔除，并在植物生長的拔節期、抽穗期及灌漿期施入灌溉和肥料 ；

　　6) 當植物的生長季結束，將含重金屬的植株莖稈及根系全部移除 ；

　　7) 將生物炭基肥施入步驟 4）種植過禾本科植物的重金屬污染土壤中，混合均勻，陳化70~80 天 ；

　　8) 循環重復執行步驟 1）~ 步驟 7)，直至土壤中重金屬的含量達到安全標準。

　　優選的，所述步驟 1）中趨磁細菌的接種比例為每平方米重金屬污染的土壤中接種7.0×108~5.0×109個趨磁細菌。

　　優選的，所述步驟 1）中液體培養基添加量每平方米重金屬污染土壤噴施 50 ～80ml 液體培養基。

　　優選的，所述步驟 2）液體培養基添加量為每平方米重金屬污染土壤噴施 30 ～50ml 液體培養基。

　　優選的，所述步驟 2）磁場方向背離地面向上，磁場強度為 200~300 高斯。

　　優選的，所述生物炭基肥由 75~79 重量份生物炭與 1~1.5 重量份的氯化鈉、2~2.8重量份的硫酸鎂、3~4 重量份的硝酸鉀、3~3.6 重量份的硫酸鈣、5~8 重量份的尿素和 6~7 重量份的煤渣混合到一起并攪拌均勻獲得。

　　優選的，所述生物炭為步驟 6）移除的禾本科植物制成的，生物炭用質量分數 10％的稀鹽酸和質量分數 5% 的稀硝酸以體積比 1~2.5 ：1 的混合后酸洗 1~3h，再用去離子水反復浸洗至中性，然后烘干。

　　優選的，所述生物炭基肥的施入量為每平方米重金屬污染土壤加入 6-10g 生物炭基肥。

　　優選的，所述生物炭基肥用圓盤造粒機制成粒徑為 3~5mm 的顆粒。

　　優選的，所述禾本科植物采用播種的方式種植，所述禾本科植物的種子由 15%~20%的 H2O2消毒處理，然后蒸餾水洗滌浸泡 12h，選擇籽粒飽滿且不下沉的種子進行播種。

　　二、本發明的有益效果 ：

　　1. 趨磁細菌屬于革蘭氏陰性菌，是專性微好氧、兼性或專性厭氧細菌，具有負趨氧特性，細胞內有沿菌體長軸排列、由膜包被的磁小體顆粒鏈，在磁場的作用下可以定向運動，而且對重金屬有較強的吸附能力 ；在地磁場的作用下趨磁細菌可以向地下深處移動，由于地磁場的作用力很弱，在土壤表面設置磁場，并通過控制磁場的方向使趨磁細菌集中在小面積內，步驟 2）中灌溉重金屬污染土壤的目的是降低土壤表層的含氧量，創造有利于趨磁細菌生存的環境。

　　2. 趨磁細菌對重金屬離子的吸附是以細胞表面的吸附為主，因此趨磁細菌對重金屬的吸附速度很快，在其移動的過程中有效吸附土壤中的重金屬，大大降低了土壤中重金屬的積累量。

　　3. 本發明步驟 3）得到的淋洗液回收重金屬，一方面防止重金屬在回到土壤或者水體，另一方面回收的重金屬具有很高的附加價值，可以增加收益。趨磁細菌的回收率達到90% 以上，淋洗液重金屬回收率達到 99% 以上，有利于重金屬污染土壤的修復。

　　4. 禾本科植物對重金屬有較強的富集作用，對生長環境的適應性強，適用于大面積種植，做為非食用性植物用于修復土壤有效避免了污染物再次進入食物鏈，最大限度的減少了修復土壤中可引起的二次污染。

　　5. 本發明采用治理過重金屬污染土壤的禾本科植物的莖葉、根等有機廢物制備生物炭，充分利用了植物廢棄有機體，成本低廉，所得生物炭均用酸洗一段時間后，通過去離子水的反復浸洗至中性，然后烘干，將炭化物質與含有重金屬的溶液分離，可以對重金屬進行回收再利用。

　　6. 趨磁細菌、生物炭和植物三者聯合修復重金屬污染土壤的方法，能發揮趨磁細菌與生物炭的吸附和植物的修復作用，生物炭的施加可以維持和改良土壤理化性質、吸附固定土壤中的各種重金屬，將土壤中的重金屬改性為可供趨磁細菌和植物吸收的可提取態，而且在一定程度上可以增加農作物產量，三者協同作用將極大的加速了重金屬污染土壤的生物修復進程。

　　總之，本發明趨磁細菌、生物炭和植物聯合修復重金屬污染土壤的方法與傳統的污染土壤治理方法相比，具有投資少、技術要求不高、種植難度低、易于管理、適用于大面積污染土壤的治理 、土壤治理效果好、實用性強的特點。